编码系统和具有这种编码系统的自动化设备的输入/输出模块

摘要

本发明涉及一种编码系统，该编码系统具有至少一个多根单线的集合，其中，该集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器(107)，该适配器与自动化设备的输入/输出模块(109)连接从而将外部设备连接到自动化系统的控制装置，而且其中，该单线的集合由共同的适配器(107)出发在至少两根电缆(210,220,230,240)中捆扎并且进行彩色编码。

说明书

技术领域

本发明涉及一种编码系统，该编码系统由至少一个由至少两根 单线组成的集合构成，其中，每根单线的一端分别连接到共同的适配 器上，该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备 连接到自动化系统的控制装置，以及本发明还涉及具有这类编码系统 的自动化设备的输入/输出模块。

背景技术

包括可视编码系统或彩色编码系统的、用于不同组件的相互分 配的编码系统在多个工业领域中广泛使用。

为了通过颜色识别电缆芯线的标号或者预设功能，存在多种类 型的编码系统。因此例如已知用于简化正确接线的编码系统。

相应地，例如在三线制的电缆中，其中，例如其中一根芯线以 红色标记，其中一根芯线以黑色标记而且其中一根芯线以绿色/黄色 标记，红色芯线始终与“+”连接，黑色芯线始终与“－”连接而绿 色/黄色芯线始终接地。

另外例如通过虽然很偏但经常使用的DIN47100说明了用于远 程通讯电缆的线芯识别的其他彩色编码。

为了在电远程通信电缆中识别单个导线或芯线，还已知25对色 彩标记。这种标记也称为“双绞电缆接线”并通常在RJ21电缆中使 用。为了识别将颜色覆在芯线绝缘上。在此，为第一个分组中的每一 个捻合的芯线对从五种颜色中选出第一种颜色，而为第二个分组从五 种颜色中选出第二种颜色，从而因此相应地由两种颜色总共构成了 25种组合。

多根芯线捆扎的电缆的不同的颜色标记也是已知的，例如蓝和 绿网络电缆。由此也为使用者创造了这样的可能性，即，快速地识别 出哪一个组件应该与或者已经与哪一个电缆连接。

另外，例如在DE4016445A1中还已知，在电缆中捆扎的线 芯和电缆本身通过不同的颜色来识别，从而以此可以使电缆相互区分 并且可以简单地识别在电缆内部的线芯。

相应地，除了各个待连接的芯线在电路中的已简化的分配之外， 这样还可以使第一电路的第一根彩色标识的电缆和第二电路的第二 根彩色标识的电缆简单地进行分配。

此外，DE4395807T1中还已知，将多根这样的电缆捆扎在电 缆束内部并且对这些电缆束设置标签和/或电缆束的各个定长的区段 设置用于电缆以及包含在其中的线芯或导线的插头。

还已知，在自动化系统的接线(以下也称为系统接线)范围内， 用于在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间传送 输入/输出信号(E/A信号)的电缆线芯通过共同的、插接在输入/输出 模块上的插头捆扎，该自动化设备用于外部设备与控制装置的连接， 并且将这些电缆芯线以单独的电缆或作为单个芯线束由插在输入/输 出模块上的插头向外部设备引导。在此，该输入/输出模块本身也可 以承担信号控制功能和/或信号处理功能。为此，信号控制功能和/ 或信号处理功能也可以例如包含在由输入/输出模块容纳的、能够插 接的输入/输出卡(E/A卡)上，在输入/输出卡中这些功能保存在硬 件中(例如以硬连线的方式)和/或保存在软件中(例如借助可编程 序逻辑控制器“SPS”)。在此，根据特定的实施方式输入/输出信号 可以包括模拟信号和/或数字信号。

外部设备(以下也称为外围设备模块)在此可以特别是具有插 接式继电器和其他模块的模块，但也可以是现场设备这样的，例如致 动器和传感器。由申请人销售的、名为“V8适配器(V8Adapter)” 的模块可以作为一个具有插接式继电器的模块的例子。

外部设备上的连接随后可以通过端子(例如通过弹簧接线端子 或螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成，或者也可以通过用于 数据连接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的 插接系统。

现在的问题例如存在于，在接线的解决方案中，在自动化设备 的输入/输出模块(E/A模块)和外部设备之间用于信号传输所需的电 缆线芯越多，芯线的分配通常变得明显更加困难，这最终会导致连接 错误并因此导致自动化系统的错误表现。

例如，如果在自动化设备的输入/输出模块(E/A模块)和外部设 备之间需要连接32根或者更多的电缆芯线，仅有32根电缆芯线的情 况下，这些电缆芯线的端部分别连接在输入/输出模块上，为了在外 部设备一侧识别以特定分配方式的电缆芯线端部并为了将这些电缆 芯线根据预设定的分配方式连接到外部设备上，就得到了528种连接 可能性。因为必须从32根电缆芯线中首先识别出一根电缆芯线，由 此再从剩余的31根电缆芯线中识别出另一根电缆芯线，并以此类推。

因此，目前已优选将8至10根单线结合并设置有电缆外皮。在 总共40根单线的情况下，这些单线的一端分别连接在输入/输出模块 上，这样可以由输入/输出模块出发例如捆扎在4根分别具有至少一 个插头的电缆的内部，该插头用于与外部设备连接，其中，在这种情 况下，用于与外部设备连接的每个插头例如具有10个触点。例如在 数字信号的情况下，每个与外部设备待连接的插头代表1字节(Byte), 其中，在每10根单线捆扎的情况下还可以传送额外的信号，例如， 两个另外的1位(Bit)信号或者对字节以正极和负极供给电压。

代替与外部设备连接的插头，还可以至少从电缆端部看到这些 单线，从而可以与外部设备连接，其中，这些单线随后例如必须逐位 地连接到外部设备上。

因此，为了减少连接错误，例如相应地标记单线和/或其中捆扎 有多根单线的电缆。

这样已经使连接明显更简单并且错误更少，但是这还是经常会 导致错误连接。

相应地也可以在两个能够互补的、即待相互连接的组件上进行 编码，例如在插头和对应插座上进行编码，从而实现分配编码。例如， DE202008004800U1描述了一种系统，该系统由至少一个开关装 置和至少一个能够电气切换的用电器以及至少两根用于直接或间接 使开关装置和用电器连接的连接电缆，其中，该系统包括至少一个用 于连接电缆的集合的接线单元，而且其中，连接电缆的插接元件和至 少一个接线单元的至少两个插接元件以可视的方式编码，这些插接元 件能够连接在电缆上。

发明内容

与之相反地，本发明的目的在于，相对于现有技术创建一种新 的编码系统，该编码系统确保了在自动化设备的输入/输出模块(E/A 模块)和外部设备之间用于输入/输出信号传输的电缆线芯的更好的 分配，并且由此通过该系统可以快速且无错误地使自动化设备的输入 /输出模块和外部设备相互连接。

本发明的目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明优选 的实施方式在从属权利要求中说明。

相应地，本发明提出了一种编码系统，该编码系统具有多根单 线的集合，其中，该集合的每根单线的一端分别连接共同的适配器， 该适配器与自动化设备的输入/输出模块连接从而将外部设备连接到 自动化系统的控制装置，其中，通过共同的、与该输入/输出模块连 接的适配器使该单线的集合固定，而且其中，该单线的集合由共同的 适配器出发捆扎在至少两根电缆中，而且对捆扎在至少两根电缆中的 集合进行彩色编码。

根据第一种实施方式，对这些电缆进行彩色编码。

根据一个可选的或者补充性的实施方式，单线的集合由共同的 适配器出发捆扎在至少两根电缆中，在该电缆远离该共同的适配器的 端部上分别设置有连接装置，单线的另一端分别连接在该连接装置上， 而且其中，对该连接装置进行彩色编码。

另外，本发明还提出了一种自动化设备的输入/输出模块，为了 将外部设备连接到自动化系统的控制装置，该输入/输出模块具有这 样的编码系统和/或具有至少一个适配器，多根单线的集合分别以每 根单线的一端连接在该适配器上，其中，通过共同的适配器使该单线 的集合固定，而且其中，单线的集合由共同的适配器出发捆扎在至少 两根根据上述权利要求中任一项所述的电缆中而且对捆扎在至少两 根电缆中的集合进行彩色编码。

本发明还提供了一个重要的优点，即，基于芯线在电缆中的捆 扎和由此预设的芯线束以及基于彩色编码，在外部设备连接至自动化 系统的控制装置上时至少已经部分地预设了传输信号的芯线的分配， 而且再次明显地简化了芯线的分配，从而与根据上述现有技术的系统 相比，再次降低了接线错误的风险和由此引起的自动化系统的错误表 现而且同时使安装明显更快。该彩色编码在此优选包括基于位(Bit) 的编码和/或基于字节(Byte)的编码。

根据一种实施方式，该彩色编码具有色阶。该彩色编码基于不 同的色调、色彩饱和度和/或亮度，例如由浅灰至深灰。

根据一种用于补充该实施方式的实施方式，除了彩色编码之外 还额外地设置有文本编码，特别是基于位的编码和/或基于字节的编 码。

根据本发明的一个优选扩展方案，单线的集合至少包括8根单 线.这例如提供了这样的优点，即，通过经至少8根单线传送的信号 代表一个字节。

根据本发明的另一个优选扩展方案，单线的集合至少包括16根 单线，其中，分别至少8根单线由共同的适配器出发分别捆扎在一根 电缆中。这例如提供了这样的优点，即，通过经共同的电缆传送的信 号代表一个字节。

附图说明

随后参考附图借助优选的实施方式进一步举例性的说明本发明。 示出了：

图1示意性地示出了根据本发明的编码系统的一种实施方式， 该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆，这些电缆一端具有预连接 的共同的前端适配器而另一端具有插头连接装置，这些电缆用于自动 化设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送，该自 动化设备用于连接外部设备，

图2示意性地示出了根据本发明的编码系统的另一种实施方式， 该编码系统例如具有4根色阶编码的电缆，这些电缆一端具有预连接 的共同的前端适配器而另一端具有单线，这些电缆用于自动化设备的 输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送，该自动化设备 用于连接外部设备，以及

图3示意性地示出了根据现有技术的、用于通过单线在自动化 设备的输入/输出模块与外部设备之间的输入/输出信号传送的常规 构造，该自动化设备用于连接外部设备。

具体实施方式

对于以下的描述需要指出的是，在附图中以相同的附图标示的 部件基本上相互对应。

已知的是，在自动化系统的接线的范围内，例如通过插入输入/ 输出模块的插头捆扎用于在自动化设备的输入/输出模块和外部设备 之间的输入/输出信号传送的电缆芯线(也称为单线)，该自动化设 备用于使外部设备连接到控制装置，并且将这些电缆芯线以单独的电 缆或作为单线束由插在输入/输出模块上的插头向外部设备引导。在 此，该输入/输出模块本身也可以承担信号控制功能和/或信号处理功 能。为此，信号控制功能和/或信号处理功能也可以例如包含在由输 入/输出模块容纳的、能够插接的输入/输出卡上，在输入/输出卡中 这些功能保存在硬件中，例如以硬连线的方式，和/或保存在软件中， 例如借助可编程序逻辑控制器“SPS”。在此，根据特定的实施方式 输入/输出信号可以包括模拟信号和/或数字信号。

在此，外部设备特别可以是具有插接式继电器和其他模块的模 块，但也可以是现场设备，例如致动器和传感器。

与外部设备的连接既可以通过端子(例如通过弹簧接线端子或 螺纹接线端子或者通过绝缘位移端子)完成，也可以通过用于数据连 接的插接系统(比如称为D-SUB的插接系统)以及其他专用的插接系 统。

图1基于上述的自动化设备简要地示出了根据本发明的编码系 统的第一种实施方式，该编码系统至少具有至少两个单线的集合，其 中，该集合的每个单线的一端连接至共同的适配器107。为了将外部 设备190连接到控制装置，适配器107又与自动化设备105的输入/ 输出模块109连接。在外部设备190上还可以连接致动器(例如发动 机、信号灯等)和/或传感器(例如填充水平传感器、限位开关等)。 但是替代性地外部设备190也可以例如是致动器或者传感器这一类。

因此通过共同的适配器107使单线的集合固定而且单线的集合 由共同的适配器107出发在至少两根电缆210,220,230,240中捆 扎，其中，对这些电缆进行彩色编码。

该自动化设备105另外还可以包括作为其他的基本组件的电源 和中央处理单元(CPU)108。

根据图1，适配器107插接在输入/输出模块109上并且已经将 外部设备190与该输入/输出模块109连接，而且自动化设备105在 此优选形成为控制单元(CPU108加例如输入/输出卡)，该自动化设备 因此本身提供自动化系统的控制并且可以独立地驱动或者以更大的 设备中的集合而连入更高级的自动化系统，例如主控系统。

由根据图1的自动化设备105容纳输入/输出模块109，该输入/ 输出模块也可以替代性地作为单独的模块而在自动化设备105上连 通，例如通过另一根电缆或总线连接，该输入/输出模块另外还可以 根据特定的实施方式配置有模拟的和/或数字的输入和/或输出。

为了简化，以下的描述基于具有数字的输入/输出的配置。

如图1所示，根据该实施方式的电缆的彩色编码是基于色阶的 编码。这类编码例如可以基于不同的色调、色彩饱和度和/或亮度。

因为通过共同的适配器107固定了单线的集合，特定的单线例 如可以在该集合内分配有一个特定的位(Bit)。如果单线的集合例 如包括至少8根单线，在该集合内不仅可以为每根单线分配一个位而 且通过至少8根单线输送的信号因此能够代表一个字节。

如果例如每根电缆210,220,230,240捆扎有8至10根单线，那 么另外可以适当地通过经共同的电缆传送的信号表示一个这样的字 节。在每根电缆有10根单线的情况下，由此还可以传送包含电流输 入和/输出信号的附加信号。

通过基于色阶的编码，电缆210(例如代表字节0)可以标记有 一个色调的第一级亮度，而电缆220(例如代表字节1)可以标记有 相同色调或甚至另一色调的第二级、特别是更暗的亮度。对于例如代 表下一个字节2的电缆230而言亮度例如进一步降低。因此，电缆 210至240可以例如分别标记有逐渐变暗的色调。随后，使用者仅需 要从最亮的电缆开始并随后连接下一个较暗的电缆。最后将最暗的电 缆(在此代表字节3)，根据图1为电缆240，连接到外部设备上。 因此，彩色编码在这种情况下包含基于字节的编码。由于该彩色编码， 输送信号的芯线的分配至少部分地已经预设好。这样有效地防止了在 连接过程中的调换。亮度的增加或降低或者其他类型的色阶当然也可 以以相反的顺序进行。

如还可以从图1中看出，在电缆210,220,230,240远离共同的 适配器107的端部上分别设置有连接装置110,120,130,140，单线的 另一端部分别连接在这些连接装置上。在图1中形成为插头的连接装 置相应地用于与外部设备190连接而且此外还可以替代上述电缆 210,220,230和240的彩色编码或对此补充性地以相同的方式进行彩 色编码，这在图1中为了清楚起见没有进一步示出。

通过这类彩色编码、特别是色阶，再次使错接的风险以及由此 引起的自动化系统的错误表现减小。

替代性地还可以设置有文本编码来补充彩色编码，例如基于位 和/或基于字节的编码。

根据图1中的实施例，这类文本编码适宜地应用在形成为插头 的连接装置110,120,130,140上。连接装置110具有文本编码150, 例如“字节0”,连接装置120具有文本编码160,例如“字节1”， 连接装置130具有文本编码170,例如“字节2”，而连接装置140 具有文本编码180,例如“字节3”。

图2示出了相对于根据图1的实施方式改造的实施方式。

在相对于图1的改造中，在根据图2的实施方式中，在电缆 210,220,230,240远离共同的适配器107的端部上不再设置有形成为 插头的连接装置。相反的，看上去为单线320的端部由这些电缆端部 伸出，这些单线的端部随后例如通过在图3中示出的螺纹接线端子 350单独地连接到外部设备上。

即使在这种情况下，多根单线分别在不同的电缆中捆扎、例如 40根单线320捆扎在4根电缆210,220,230,240结合电缆的彩色编 码、特别是上述的色阶提供了明显改善的分配。

根据现有技术，在32根未捆扎的电缆线芯的情况下在远离共同 的适配器107的端部上原则上存在528种连接可能性，而在40根未 捆扎的电缆线芯的情况下原则上存在820种连接可能性，为了找到期 望或正确的单线，在40根连接在共同的适配器107上的单线由适配 器出发捆扎成4根电缆(每根电缆10根单线)中情况下，仅存在最 多220种连接可能性。

在此如下地计算每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性：

-由10根可能的芯线中识别出一根芯线，

-由9根可能的芯线中识别出一根芯线，

-由8根可能的芯线中识别出一根芯线，等等。

每根电缆(10根芯线)的最大连接可能性由高斯求和公式得出：

$\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}k=\frac{n(n+1)}{2}$

其中n为一根电缆中的单线的数量而k为在该电缆内的每个单 线的连接可能性。因此在10根单线的情况下可以得到每根电缆中有

$\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}k=\frac{n(n+1)}{2}=\frac{10(10+1)}{2}=55$

种连接可能性。

由于在该实施例中选择了每根具有10根捆扎单线的4根电缆， 因此4根电缆具有的可能性的总数为4×55＝220。这相对于具有最大 820种可能性的单线接线而言明显降低了接线错误的风险并很大程 度上节省了时间。

因此，基于以上的描述，自动化设备105的输入/输出模块109 也在本发明的范围之内，为了使外部设备连接到自动化系统的控制装 置该输入/输出模块具有至少一个适配器107，多根单线的集合分别 以每根单线的一端连接在该适配器上，从而通过共同的适配器使单线 的集合固定，而且其中，单线的集合由共同的适配器107出发根据以 上描述捆扎在至少两根电缆210,220,230,240中而且对在至少两根 电缆中捆扎的集合进行彩色编码。

图3还举例性地示出了在没有任何彩色编码的条件下未捆扎的 单线320在自动化设备105的输入/输出模块109一侧上以及在外部 设备310和340一侧上根据现有技术的接线。单线320在外部设备 310和340上连接的端部例如通过螺纹接线端子350连接而且单线在 输入/输出模块109一侧上连接的端部例如通过螺纹接线端子360连 接。

例如如图3所述，如果14根单线直接在输入/输出模块109和 外部设备340之间连接，在将单线连接在输入/输出模块109上之后， 为了在外部设备340的一侧上识别以通过输入/输出模块109确定的 布设方式的芯线端部以及根据预先确定的芯线布设相应的在外部设 备340上的连接，存在150种连接可能性。在根据本发明将这14根 单线捆扎在每根具有7根芯线的两个电缆中的情况下，其中电缆此外 还具有根据本发明的彩色编码，通过这类彩色编码至少部分地已经预 设好在电缆内部传输信号的芯线的分配，从而总共仅产生了56种连 接可能性。

附图标记列表

105自动化设备

107适配器

108CPU

109输入/输出模块

110,120,130,140连接装置

150,160,170,180文本编码

190外部设备或外围设备模块

210,220,230,240电缆

310,340外部设备或外围设备模块

320单线

350螺纹接线端子

360螺纹接线端子